钯铜合金膜氢纯化器

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2021-09-14   环球过滤分离技术网   guolvfenlitech6

钯膜：一般是指管式或片式的金属钯或钯合金。其结构又分为两类：一是自支撑型，一是负载型（又称复合膜）。管式或片式的金属钯或钯合金

自支撑型的钯膜管或膜片厚度为15-100微米，材质一般是钯银或钯铜合金。主要用于氢气的分离，也可以用于[url=]氢同位素[/url]的分离，以及氢同位素之间的分离。自支撑型钯膜的缺点是强度差、渗透率低、成本高。为解决这一问题，人们将钯膜沉积在多孔基体上，形成负载型钯膜（又称钯复合膜或复合钯膜）[1-2]  。

通常认为，氢气透过钯膜的方式遵循溶解——扩散机制，包含以下五个步骤：

(1) 氢分子在钯膜表面化学吸附，并解离。

(2) 表面氢原子[url=]溶解[/url]于钯膜。

(3) 氢原子在钯膜中从一侧扩散到另一侧。

(4) 氢原子从钯膜析出，呈化学吸附态。

(5) 表面氢原子化合成氢分子并脱附。

众所周知，氢与钯接触时，会形成氢化钯。氢原子在钯膜中溶解后可以形成氢化钯的固态溶液，而氢在该固态溶液中具有很高的流动性，从而容易在钯中扩散。氢化物按其结构大致可分成三种类型：(1)离子型氢化物（又称盐型氢化物)。例如，[url=]碱金属[/url]及[url=]碱土金属[/url]钙、锶、钡能跟氢气在高温下直接反应生成如NaH、CaH2等。在反应过程中氢夺取金属原子的价电子形成带1个单位负电荷的离子H-。这类氢化物都是离子晶体，具有较高的熔点，在熔融状态下能够导电。(2)共价型氢化物（又称分子型氢化物)，如HCl、H2S、NH3、CH4等，其熔点、沸点较低。(3)金属型氢化物（因体积很小的氢原子只占据金属[url=]晶格[/url]中的空隙位置，又称间充型氢化物)，这类氢化物的组成不符合正常化合价规律，如LaH2.76，CeH2.69、TiH2、LaNi5H6等，它们的晶格中金属原子的排列基本上保持不变，只是相邻原子间距离稍有增加，具有类似合金的结构，无固定组成，所以也称合金型氢化物。

除氢及其同位素之外，其他任何气体都不能透过钯膜。因此，钯膜更多地被用于氢气的纯化，以生产高纯氢和超高纯氢。纯钯的机械性能差，在温度低于300度、氢气压力快速升高的情况下，存在着氢脆问题。当钯膜与氢气接触时，氢气溶入钯金属中首先形成阿尔法型氢化钯。如果温度较低，则可能进一步形成贝塔型氢化钯并伴随H/Pd比的快速增高，从而导致钯金属的膨胀与晶格位错并产生应力，当应力过大时，膜会变脆、破裂。为控制H/Pd比的快速增高，一是提高温度或降低氢气压力，从而避免贝塔型氢化钯的形成。另外，在钯膜开始工作时，如果氢原料气增压过快，也会导致H/Pd比的快速增加，从而造成钯的过快膨胀与氢脆。与纯钯膜相比，钯合金膜的H/Pd比受到极大抑制，因此氢脆问题得到解决。

钯膜的使用温度一般为300-500摄氏度，高温有利于提高透氢率，但会缩短膜的使用寿命，导致钯膜与金属接头、焊料间相互扩散等一系列问题。钯膜不能进行长时间高温氧化。氢原料气的某些杂质可导致钯中毒，使透氢性能下降，甚至可使膜遭到破坏。能引起钯中毒的物质有：汞、砷化物、卤化物、油蒸气、含硫和磷物质以及粉尘等

氢纯化器：根据特定的需求，设计定制的氢纯化设备。满足高效率的纯化氢的需求，同时，考虑考虑成本和寿命因素。钯合金的微通道是整个装置的核心。

不纯净的原料氢气被抽到钯管（钯膜）内,均匀分布到具有渗透性的钯膜表面。原料气进入设计能力为300m的微通道分离器渗透膜内，进行统一处理。

在高温和正压力下，钯（Pd）金属只允许氢和氢的同位素渗透扩散，其他其气体被隔绝下来。在微通道分离低纯度氢气时，氢分子首先在钯表面被解离吸附，然后被电离成质子与电子在钯内沿着梯度方向进行扩散，透过钯膜，在膜的另一侧(低氢分压侧)，质子再从金属晶格接纳电子变成吸附氢原子、缔合后作为氢原子被脱附。

氢原子在钯膜墙的低压侧进行重组，生成氢分子。由此产生的超纯氢气具有99.99999999%的超高纯度水平。

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